[TIL 프로젝트] 3일차 - 메모리 관리와 게임 최적화

게임 개발에서 메모리 관리가 제대로 안되면?

- 프레임 드랍
- 메모리 누수
- 게임 크래시
그래서 게임 엔진들은 메모리를 효율적으로 사용하기 위한 다양한 최적화 기법을 적용하고 있음

1. 동적 할당과 정적 할당

정적 할당(Static Allocation)
- 컴파일 시간(빌드 시점)에 메모리 크기가 결정됨
- 예시 : 글로벌 변수, 정적 변수, 스택 변수

동적 할당(Dynamic Allocation)
- 실행 중(Run-time) 필요한 만큼 메모리를 할당
- 예시 : new(C++), malloc()(C), Instantiate()(Unity)

게임 개발에서 중요한 이유
- 동적 할당을 너무 많이 하면 프레임마다 메모리 할당/해제가 발생 -> 성능 저하
- 해결책 : 메모리 풀(Memory Pool) 활용 (자주 사용하는 객체를 미리 할당해둠)

2. 스택(Stack) vs. 힙(Heap) 메모리

스택 메모리(Stack)
- 함수 호출 시 자동 할당되는 메모리 공간
- 할당/해제 속도가 빠름
- 단점 : 크기가 한정적이고, 너무 많이 쓰면 스택 오버플로우(Stack Overflow) 발생

힙 메모리(Heap)
- new/malloc()로 동적 할당한 메모리
- 자유롭게 크기를 조절 가능
- 단점 : 할당/해제 비용이 크고, 메모리 단편화(Fragmentation) 발생 가능

게임 개발에서 중요한 이유
- 실시간 게임에서는 힙 할당을 최소화해야 성능 저하를 막을 수 있음
- 메모리 관리 기법 : 오브젝트 풀링(Object Pooling) 활용

3. 메모리 누수 (Memory Leak)

메모리 누수란?
- 할당된 메모리를 해제하지 않아서 점점 메모리가 증가하는 현상
- 일정 시간이 지나면 RAM이 부족해서 게임이 크래시될 수 있음

게임 개발에서 흔한 메모리 누수 사례
- new로 할당하고 delete를 호출하지 않음 (C++)
- Unity에서 GameObject.Destroy()를 호출하지 않고 참조를 남겨둠
- Unreal Engine에서 UObject가 적절히 관리되지 않음

예제(C++ 메모리 누수 발생 코드)

void Function(){
	Data* data = new Data();	//동적 할당
	//해제하지 않으면 메모리 누수 발생
}

해결 방법
- 스마트 포인터(Smart Pointer) 사용 (C++)
  - std::unique_ptr,std::shared_ptr
- Garbage Collector(GC) 최적화 (C#/Unity,UE4)
  - Resources.UnloadUnusedAssets() 사용
- 메모리 풀링(Object Pooling) 활용

4. 메모리 단편화 (Memory Fragmentation)

메모리 단편화란?
- 여러 개의 작은 메모리 블록이 파편처럼 흩어져 있어서 큰 메모리를 할당하지 못하는 문제
- 실시간 게임에서는 힙 메모리 단편화가 발생하면 큰 오브젝트 로딩이 어려워질 수 있음

게임에서 단편화를 줄이는 방법
- 메모리 풀링(Memory Pooling) : 자주 사용하는 객체를 미리 할당
- 연속된 메모리 사용(Array vs. Linked List)
  - 배열은 연속된 공간을 사용하므로 캐시 효율이 좋음
- 정적 할당 우선 사용

5. 메모리 최적화 기법 (게임 개발 적용)

오브젝트 풀링(Object Pooling)
- 자주 사용하는 객체를 미리 할당해두고, 재사용하는 기법
- 예시 : 총알, 적 캐릭터, 이펙트

데이터 레이아웃 최적화(Cache-Friendly Design)
- 연속된 메모리 구조를 사용해서 CPU 캐시 미스를 줄임
- 예시 : SoA(Structure of Arrays) vs. AoS(Array of Structures)

리소스 스트리밍(Texture Streaming, Level Streaming)
- 필요할 때만 데이터를 로드해서 메모리를 절약
- Unreal Engine, Unity는 비동기 로딩(Async Loading)을 제공

정적 할당(Static Allocation) 활용
- 게임 시작 시 한 번 할당하고 끝까지 유지
- 물리적으로 변하지 않는 오브젝트에 적합

가비지 컬렉션(Garbage Collection) 관리
- Unity: GC.Collect() 호출 최소화
- Unreal Engine: Garbage Collection이 자동으로 작동하므로 메모리 사용량 확인 필수